Hiilen kaappaus viittaa tekniikkaan, joka vähentää hiilidioksidipäästöjä (CO2) sieppaamalla, erottamalla ja varastoimalla. Se on tehokas tapa vähentää kasvihuonekaasupäästöjä ja vähentää hiilidioksidipitoisuuksia.
I. Pääluokat
Hiilen sieppaustekniikat voidaan ensisijaisesti luokitella kolmeen tyyppiin: etuosa - loppukaappaus, takaisin - loppukäyttö ja biokapture.
1. Edessä - loppukaappaus
Tähän sisältyy ensisijaisesti hiilidioksidin erottaminen polttokaasuvirroista energiantuotannon aikana. Esimerkkejä ovat Post - Polttokaappaus kivihiilessä - poltetut ja maakaasun voimalaitokset ja pre - Polttokaappaus kaasutushiilessä - ampui voimalaitoksia. Yleisin etuosa - päätykaappausmenetelmä on kemiallinen absorptio, joka sisältää CO2: n liuottamisen liuottimeen ja sen jälkeen vapauttaminen liuottimesta lämmityksen ja paineen muutoksilla. Ammoniakki on yleisesti käytetty liuotin, joka reagoi CO2: n kanssa stabiilin yhdisteen muodostamiseksi, joka sitten erotetaan kuumentamalla hiilidioksidin palauttamiseksi.
2. Takaisin - loppukaappaus
Tämä kaappaa pääasiassa hiilidioksidin levityslähteiden päästöistä, mukaan lukien palamiskaasut (kuten teräs- ja sementtituotannon uunin pakokaasu) ja kemiallisten kasvien poistokaasut. Yleisimpiä - loppukäytystekniikoita ovat fyysinen adsorptio ja kalvon erottaminen. Fysikaalinen adsorptio käyttää adsorboitavia materiaaleja (kuten aktivoitu hiili) adsorbointiin CO2 ja vapauttaa sen asianmukaisella paineella ja lämpötilassa. Membraanin erotus käyttää puolijohdettavissa olevia kalvoja CO2: n erottamiseen ja puhdistamiseen CO2 -molekyylien koon ja ominaisuuksien perusteella muihin kaasumolekyyleihin verrattuna.
3. BioCapture
Tämä menetelmä hyödyntää pääasiassa kasveja ja meri -organismeja CO2: n absorboimiseksi ja muuntaakseen sen biomassan tai leväöljyksi. Kasvit muuntaavat hiilidioksidi -orgaaniseksi aineeksi fotosynteesin kautta ja säilyttävät sen biomassana. Toinen menetelmä sisältää levien käyttämisen ilmakehän CO2: n imeytymiseen ja sen muuntamiseen leväöljyksi, jota voidaan käyttää biopolttoaineiden tuottamiseen, siten kaappaamalla ja käyttämällä hiilidioksidia.
Muita menetelmiä ovat biologinen hiilen sieppaus, fotokatalyyttinen hiilen sieppaus, ilmansuodatus hiilen sieppaus ja veden halkaisu hiilen sieppaus.
Monien hiilen sieppausmenetelmien joukossa membraanihiilen sieppaustekniikka tarjoaa ainutlaatuisia etuja, mukaan lukien korkean energiatehokkuus, kompakti ja integroitu laite, helppokäyttöinen, korkea sieppaustehokkuus ja ympäristöystävällisyys.
II. Kalvon hiilen sieppausmekanismi
Kalvoteknologia on kaasun erotustekniikka, joka perustuu kalvojen selektiiviseen läpäisevyyteen. Tämä selektiivinen läpäisevyys on pääasiassa johdettu membraanimateriaalin, kuten huokoskoon, pintaominaisuuksien ja kemiallisen koostumuksen, fysikaalisista ja kemiallisista ominaisuuksista. Hiilen sieppauksen alalla membraanitekniikka erottaa hiilidioksidin tehokkaasti muista kaasuista hyödyntämällä kaasumolekyylin koon, kondensoitavuuden ja reaktiivisuuden eroja.
Kun hiilidioksidia sisältävä kaasuseos joutuu kosketukseen kalvon kanssa, hiilidioksidimolekyylit niiden pienemmän koon ja korkeamman läpäisevyyden vuoksi, jotka kulkevat ensisijaisesti kalvon seinämän läpi. Muut kaasumolekyylit, kuten typpi ja happi, pidätetään kalvomateriaalilla niiden suuremman tai pienemmän läpäisevyyden vuoksi. Tämä selektiivinen erotusmekanismi, joka perustuu molekyylin kokoon ja läpäisevyyteen, tekee kalvoteknologiasta erittäin tehokkaan hiilen sieppaamisessa.
Lisäksi membraanitekniikan mekanismi sisältää myös kaasumolekyylien ja kalvomateriaalin väliset vuorovaikutukset. Nämä vuorovaikutukset, mukaan lukien molekyylien väliset van der Waals -voimat, sähköstaattiset voimat ja vety sidokset, määrittävät yhdessä kaasumolekyylien diffuusiotaajuuden kalvon läpi ja erotustehokkuuden.
III. Kalvojen luokittelu ja ominaisuudet
Hiilen sieppauksen alalla membraanitekniikka käyttää monenlaisia kalvomateriaaleja, joilla jokaisella on omat ainutlaatuiset ominaisuutensa. Kalvomateriaalin ominaisuuksien ja sen sovelluksen perusteella kalvotekniikka voidaan luokitella huokoisiin kalvoihin, tiheisiin kalvoihin ja sekoitettuihin matriisikalvoihin.
1. Huokoiset kalvot
Epäorgaaniset huokoiset kalvot, kuten keraamiset kalvot ja metallikalvot, tarjoavat erinomaisen stabiilisuuden, lämpötilankestävyyden ja korroosionkestävyyden ja pitävät laajoja käyttömahdollisuuksia hiilen sieppauksessa. Korkeiden valmistuskustannusten ja teknisten vaikeuksien vuoksi suuret - epäorgaanisten huokoisten kalvojen soveltaminen on kuitenkin edelleen haasteita.
Sitä vastoin orgaaniset huokoiset membraanit, kuten polymeerilohko mikrohuokoiset kalvot ja termisesti järjestetyt kalvot, tarjoavat parannettua kalvoa - muodostuvia ominaisuuksia ja korkeaa CO2 -erotussuorituskykyä. Nämä kalvomateriaalit saavuttavat tehokkaan CO2 -erotuksen optimoimalla molekyylisegmenttien kertymisen aiheuttama vapaa tilavuus. Orgaanisilla huokoisilla kalvoilla on kuitenkin myös haasteita, kuten korkeat suuret - asteikon synteesikustannukset ja ikääntymisen alttius, mikä vaatii lisäoptimointia ja parantamista.
2. tiheät kalvot
Pääasiassa korkeasta - molekyyli - painopolymeeristä, nämä kalvot saavuttavat erottelun vapaan tilavuuden kautta, joka syntyy molekyylisegmenttien kertymisen avulla. Kaupallisesti saatavissa olevia polymeerikalvomateriaaleja ovat selluloosa -asetaatti (CA) kalvot, polyimidi (PI) -kalvot ja polyeteenioksidikalvot (PEO). Näillä membraanimateriaaleilla on tietty käyttöpotentiaali hiilen sieppauksen alalla, mutta niiden suorituskykyä on myös parannettava ja optimoitava edelleen.
3. Sekoitettu matriisikalvo (MMM)
Uuden tyyppisenä kalvomateriaalina se on herättänyt laajaa huomiota hiilen sieppauksen alalla. Sekoittamalla huokoiset nano -levyt, joilla oli erinomainen hiilidioksidi -selektiivisyys polymeereihin, valmistettiin sekoitettu matriisikalvo, jossa oli molemmat kalvot -, joka muodostuu ominaisuuksia ja erinomaisia hiilidioksidin erotussuorituskykyä. Tällä kalvomateriaalilla ei ole vain tehokasta hiilidioksidin erotussuorituskykyä, vaan sillä on myös hyvä stabiilisuus ja korroosionkestävyys, joka tarjoaa uusia ideoita hiilen sieppaustekniikan kehittämiselle.
Iv. Kalvoteknologian ominaisuudet ja edut
Kalvoteknologialla on merkittäviä ominaisuuksia ja etuja hiilen sieppauksen alalla.
(1) Kalvoteknologialla on korkea erotustehokkuus ja se voi erottaa tehokkaasti hiilidioksidin ja muut kaasut korkean - puhtaushiilidioksidin sieppauksen saavuttamiseksi. Se auttaa vähentämään kasvihuonekaasupäästöjä ilmakehässä.
(2) Kalvoteknologialla on pieni energiankulutus. Verrattuna perinteiseen kemialliseen imeytymiseen ja fysikaalisiin adsorptiomenetelmiin, kalvotekniikka ei vaadi suurten määrien kemiallisten reagenssien ja liuottimien käyttöä vähentäen energiankulutusta ja jätteiden päästöjä.
(3) Kalvotekniikka on myös helppo käyttää ja helppo automatisoida ja jatkuvasti tuottaa. Se voi parantaa hiilen sieppauksen tehokkuutta ja vakautta ja vähentää manuaalisia interventioita ja käyttökustannuksia.
(4) Kalvoteknologialla on pienempi vaikutus ympäristöön. Koska se ei vaadi suurten määrien kemiallisten reagenssien ja liuottimien käyttöä, se vähentää ympäristön pilaantumisen ja jätteiden päästöjen riskiä.
V. Kalvoteknologian soveltaminen hiilen sieppauksen alalla
Hiilen sieppauksen alalla on monia erilaisia tapoja soveltaa kalvoteknologiaa, joka kattaa teollisuusjätteen kaasunkäsittelyn, hiilen - potkut voimalaitokset ja maakaasun voimalaitokset, kuljetus ja ilmastointijärjestelmien rakentaminen.
(1) Teollisuusjätteiden kaasunkäsittelyssä kalvotekniikka voi tehokkaasti erottaa ja kaapata hiilidioksidia jätteen kaasusta vähentämällä kasvihuonekaasupäästöjä ilmakehässä. Se tarjoaa voimakasta tukea energiansäästölle ja päästöjen vähentämiselle teollisuustuotantoprosesseissa.
(2) Suurissa päästölähteissä, kuten hiili - potkut voimalaitoksissa ja maakaasuvoimalaitoksissa, kalvoteknologialla on myös laaja sovellusmahdollisuuksia. Asentamalla kalvojen hiilidioksidilaitteet näistä päästölähteistä hiilidioksidia voidaan tehokkaasti vangita ja erottaa päästöjen vähentämiskohteiden saavuttamiseksi.
(3) Kuljetusalalla kalvoteknologiaa voidaan käyttää autojen pakokaasukäsittelyyn hiilidioksidipäästöjen sieppaamiseksi ja vähentämiseksi. Uusien energiaajoneuvojen popularisoinnin ja alhaisen - hiilikuljetuksen kehittämisen myötä kuljetuskentän kalvoteknologian sovellusnäkymät ovat laajemmat.
(4) Kalvoteknologia voi myös olla tärkeä rooli ilmastointijärjestelmien rakentamisessa. Kaappaamalla ja kierrättämällä hiilidioksidia ilmassa rakennuksen sisällä, membraanitekniikka voi vähentää riippuvuutta ulkoisesta ilmasta, säästää siten energiaa ja vähentää hiilidioksidipäästöjä.
Kalvoteknologian kehityssuunta hiilen sieppauksen alalla osoittaa seuraavat ominaisuudet: Ensinnäkin, jatkuva innovaatio ja kalvomateriaalien optimointi hiilidioksidin erotustehokkuuden ja stabiilisuuden parantamiseksi; toiseksi, suuri - mittakaavan sovellus ja kalvoteknologian edistäminen hiilen sieppauksen kustannusten vähentämiseksi ja taloudellisten etujen parantamiseksi; Kolmanneksi, membraanitekniikan integrointi ja fuusio muihin tekniikoihin, kuten kemiallisen absorptiomenetelmään, fysikaaliseen adsorptiomenetelmään ja muihin tekniikoihin, muodostaakseen tehokkaamman ja ympäristöystävällisemmän hiilen sieppaustekniikan järjestelmän, joka edistää kalvotekniikan soveltamista ja kehittämistä hiilen sieppauksen alalla ja antaa suurempaa vaikutusta ilmastonmuutoksen estämiseen ja hallintaan.